(57)【要約】【課題】燃料電池セルの積層方向に抵抗の小さいセパレータを提供する。【解決手段】黒鉛と熱硬化性樹脂を混練した混練物を加熱圧縮してセパレータ４を成形するセパレータ成形方法において、混練物を下型１０に投入した後に、上型１１によって加圧し、その後、上型１１を加圧方向と交差する方向にスライドさせ、多くの黒鉛粒子７の長軸が燃料電池セルの積層方向と同一方向となるようにして、加熱し熱硬化性樹脂を硬化させセパレータを成形する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
黒鉛と熱によって硬化する樹脂を混練した混練物を加熱圧縮して燃料電池で使用するセパレータを成形するセパレータ成形方法において、
前記混練物を上型と下型によって加圧した後に、前記上型または前記下型を加圧方向と交差する方向へ移動させ、加熱成形することを特徴とするセパレータ成形方法。
【請求項２】
前記上型または前記下型を移動させる量は、前記黒鉛の粒子の長軸が燃料電池セルを積層する方向と略同一方向となる量であることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ成形方法。
【請求項３】
前記上型または前記下型を移動させる量は、前記黒鉛の粒子の粒径の０．５倍以上２０倍以下であることを特徴とする請求項２に記載のセパレータ成形方法。
【請求項４】
黒鉛と熱によって硬化する樹脂を混練した混練物を加熱圧縮して成形されるセパレータにおいて、
前記混練物を上型と下型によって加圧した後に、前記上型または前記下型を加圧方向と交差する方向へ移動させ、加熱成形されたことを特徴とするセパレータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池のセパレータに関するものであり、特に、燃料電池セルの積層方向の電気的抵抗を小さくするものに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池で使用する導電性のセパレータは、燃料電池の発電効率を高めるためには燃料電池セルを積層した場合に電子が流れる積層方向の電気的抵抗を少さくし、セパレータによる抵抗損失を小さくすることが求められる。セパレータに黒鉛を使用するときの電気的抵抗としては、黒鉛粒子自体の抵抗と、黒鉛粒子間の抵抗があるが、この２つの抵抗では、黒鉛粒子間の接触部の抵抗が大きいために、抵抗の小さいセパレータを得るためには積層方向の単位長さあたりの黒鉛粒子数を少なくし、接触する部位の数を少なくすることが求められる。
【０００３】
セパレータを製造する方法として材料を加圧して製造する方法があり、従来、積層方向の抵抗値を少なくする加圧製造する方法としては、異なる方向、例えば左右、上下方向から加圧し、黒鉛粒子をランダムな方向にするものが、特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開平８−１８０８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記の発明では、例えば、ガス流路を備えたセパレータを製造する場合には、ガス流路などの形状を成形ために燃料電池セルの積層方向から加圧することになり、セパレータの材料となる黒鉛粒子が加圧され、黒鉛粒子が加圧方向と交差する方向へ倒れてたまま成形される可能性がある。このため、積層方向の単位長さあたりの粒子数を少なくすることができず、積層方向の電気的抵抗を小さくすることができないといった問題点がある。
【０００５】
本発明ではこのような問題点を解決するために発明されたもので、セパレータの燃料電池セルの積層方向の電気的抵抗を小さくすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明では、黒鉛と熱により硬化する樹脂を混練し、加熱圧縮してセパレータを成形するセパレータ成形方法において、黒鉛を上型と下型で加圧した後に、どちらかの型を加圧方向と交差する方向に移動させ、加熱しセパレータを成形する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、セパレータの材料である黒鉛粒子のより多くの長軸と燃料電池セルの積層方向を同一方向にすることができ、セパレータの電気的抵抗を小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施形態によって成形されたセパレータ４を使用した燃料電池の一部を図１の概略図を用いて説明する。燃料電池は燃料電池セル１を例えば１００から２００枚程度
積層し、積層した際に隣り合う燃料電池セル１間にセパレータ４を備える。
【０００９】
燃料電池セル１は、イオン導電性の高分子電解質膜２と、高分子電解質膜２の両側に、白金などの触媒を担持したガス拡散層３を備える。なお、触媒は高分子電解質膜２に塗布しても良い。
【００１０】
セパレータ４には、ガス拡散層３に燃料電池の発電に使用される水素、または酸素を含んだ酸化剤を供給する水素流路５、酸化剤流路６を備える。セパレータ４は、黒鉛と熱硬化性樹脂を混練し、後述する成形方法によって加熱圧縮され、成形される。熱硬化性樹脂は、例えば、フェノール、エポキシなどを使用する。
【００１１】
ここで、セパレータ４の材料である黒鉛について、図２を用いて説明する。
【００１２】
セパレータ４の材料である黒鉛の黒鉛粒子７は概ね楕円形をしており、その粒子が、例えば図２に示すように並んでいる場合には、黒鉛の電気的抵抗は、黒鉛粒子７が持つ固有抵抗と、黒鉛粒子７間の接触抵抗の合計となる。黒鉛粒子７の固有抵抗と接触抵抗では、接触抵抗の方が大きいために、図２のｙ方向の単位長さあたりの電気的抵抗とｘ方向の単位長さあたりの電気的抵抗を比較すると、ｙ方向の電気的抵抗が小さくなる。そのため、セパレータ４では黒鉛粒子７の長軸方向と、燃料電池セル１の積層方向が一致するように成形するとセパレータ４の電気的抵抗が小さくなり、燃料電池の電気的抵抗も小さくなり、燃料電池の発電効率を向上させることができる。
【００１３】
次に本発明のセパレータの成形方法について図３のフローチャートと、図４（ａ）から（ｃ）の模式的な行程図を用いて説明する。
【００１４】
まず、ステップＳ３０１において、セパレータ４の水素流路５、または酸化剤流路６の形状を備えた下型１０に黒鉛と熱硬化性樹脂を混練した混練物を投入する（図４（ａ））。
【００１５】
次にステップＳ３０２において、下型１０と同じようにセパレータ４の水素流路５、または酸化剤流路６の形状を備えた上型１１を移動させ、混練物を加圧する（図４（ｂ））。このとき、上型１１と下型１０は、セパレータ４の最終的な形状を成形する正規の位置よりも、黒鉛粒子７の粒径の０．５倍以上２０倍以下程度、予め加圧方向と交差する方向にずらして加圧される。加圧されることによって、黒鉛粒子７間、または黒鉛粒子７と熱硬化性樹脂間の摩擦力が高められる。このとき黒鉛粒子７の多くは加圧されることによって黒鉛粒子７の長軸が加圧方向と交差する方向へ倒される。ここで、上型１１と下型１０をセパレータ４の最終的な形状を成形する正規の位置よりもずらして加圧するが、そのずらし量は、ステップＳ３０５で後述する成形後に黒鉛粒子７の長軸が燃料電池セル１の積層方向と概ね一致するような量である。また、セパレータ４を薄くし、更に黒鉛粒子７の長軸が積層方向と同一方向となるように成形すると、燃料電池セル積層時の積層方向の黒鉛粒子数が少なくなるので、セパレータ４に隙間ができ、例えば、一方の水素流路５から他の酸化剤流路６へ水素がリークする恐れがある。そのために、セパレータ４の電気的抵抗を小さくし、更に水素、または酸化剤が他の流路へリークしない気密性を持った粒子層となる量である。
【００１６】
ステップＳ３０３では、図示しない加熱装置で上型１１、下型１０をそれぞれ加熱し、熱硬化性樹脂が溶融し始める温度である９０℃から１００℃程度に加熱する。これによって熱硬化性樹脂が溶融し、黒鉛粒子７と熱硬化性樹脂の摩擦力が更に高まる。
【００１７】
ステップＳ３０４では、上型１１と下型１０の加圧力を若干減圧する。これによって、黒鉛粒子７が移動し易くなる。
【００１８】
ステップＳ３０５では、上型１１をセパレータ４の最終的な形状を成形する正規の位置まで油圧によって加圧方向と交差する方向へスライドさせる（図４（ｃ））。これにより、ステップＳ３０３で溶融した熱硬化性樹脂と、黒鉛は上型１１のスライド方向に摩擦力によって引っ張られ、黒鉛粒子７の長軸が燃料電池セル積層方向と同一方向となるように黒鉛粒子７の多くが回転する。また、上型１１、下型１０には水素流路５と酸化剤流路６の形状を形成する凹凸があるが、この形状によっても黒鉛粒子７は回転し易くなる。
【００１９】
ステップＳ３０６では、上型１１と下型１０を更に加熱し、熱硬化性樹脂が硬化する温度である１５０℃まで加熱する。これによって、熱硬化性樹脂は硬化し、黒鉛は燃料電池で使用するセパレータの形状に成形される。このとき、黒鉛粒子７の多くは、黒鉛粒子７の長軸が燃料電池セル積層方向と同一方向へ向いている。これにより、電気的抵抗の小さいセパレータを成形することができる。
【００２０】
本発明の第１実施形態の効果について説明する。
【００２１】
燃料電池のセパレータ４を成形する際に、まず上型１１と下型１０をセパレータ４の最終的な形状を成形する正規の位置よりも加圧方向と交差する方向へずらして加圧し、その後、上型１１を加圧方向と交差する方向へスライドさせ正規の位置で成形することによって、セパレータ４の材料である多くの黒鉛粒子７の長軸が、燃料電池セル積層方向と同一方向となるように成形することができ、燃料電池セル積層方向に単位長さ当たりの黒鉛粒子数が少ないセパレータを成形することができる。そのため、セパレータ４の電気的抵抗が小さくなり、燃料電池の発電効率を向上することができる。
【００２２】
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
所定の方向の抵抗を小さくする必要がある成形物を製造する分野に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明のセパレータを用いた燃料電池の概略図である。
【図２】黒鉛粒子の並びによる抵抗を説明する図である。
【図３】本発明のセパレータ成形のフローチャートである。
【図４】本発明のセパレータの成形行程を示す工程図であり、（ａ）混練物を下型に投入した行程図である。（ｂ）混練物を加圧する工程図である。（ｃ）上型をスライドさせる工程図である。
【符号の説明】
【００２５】
１      燃料電池セル
２      高分子電解質膜
４      セパレータ
５      水素流路
６      酸化剤流路
７      黒鉛粒子
１０    下型
１１    上型
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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